JP4427074B2 - Plant control equipment - Google Patents
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Description
本発明はプラントの制御装置に係わり、特に火力発電プラントの制御装置に関する。 The present invention relates to a plant control device, and more particularly to a thermal power plant control device.
プラントの制御装置では、制御対象であるプラントから得られる運転態量の計測信号を処理し、制御対象のプラントに与える操作信号を算出して制御装置に制御指令として伝達する。 In the plant control device, the measurement signal of the operating state quantity obtained from the plant to be controlled is processed, and the operation signal to be given to the plant to be controlled is calculated and transmitted as a control command to the control device.
このようなプラントの制御装置には、プラントの運転態量の計測信号がその目標値を満足するように、操作信号を計算するアルゴリズムが実装されている。 In such a plant control apparatus, an algorithm for calculating an operation signal is mounted so that the measurement signal of the operation state quantity of the plant satisfies the target value.
プラントの制御に用いられている制御アルゴリズムとして、PI(比例・積分)制御アルゴリズムがある。PI制御では、プラントの計測信号とその目標値との偏差に比例ゲインを乗じた値に、偏差を時間積分した値を加算して、制御対象に与える操作信号を導出する。 As a control algorithm used for plant control, there is a PI (proportional / integral) control algorithm. In PI control, a value obtained by integrating the deviation with time is added to a value obtained by multiplying the deviation between the measurement signal of the plant and its target value by a proportional gain to derive an operation signal to be given to the controlled object.
一方、プラントの運転状態や環境の変化に適応して、制御アルゴリズムを自動的に修正/変更するため、適応制御や学習アルゴリズムを用いてプラントを制御することもできる。 On the other hand, since the control algorithm is automatically corrected / changed in accordance with changes in the operation state and environment of the plant, the plant can also be controlled using adaptive control or a learning algorithm.
学習アルゴリズムを用いてプラントを制御する制御装置の操作信号を導出する方法として、特開2000−35956号公報にはモデルを利用した強化学習法を用いた制御装置に関する技術が記載されている。 As a method of deriving an operation signal of a control device that controls a plant using a learning algorithm, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-35956 describes a technique related to a control device using a reinforcement learning method using a model.
この強化学習法を用いた技術による方法では、制御装置に制御対象の特性を予測するモデルと、モデル出力がその目標値を達成するようなモデル入力の生成方法を学習する学習部を持つ。 In the method based on the technique using the reinforcement learning method, the control device has a model that predicts the characteristics of the control target and a learning unit that learns a model input generation method that achieves the target value of the model output.
そして学習部にて学習したモデル入力をモデルに入力することで、モデル出力がその目標値に近づく効果が得られる。 Then, by inputting the model input learned by the learning unit into the model, an effect that the model output approaches the target value can be obtained.
このような学習型適応制御では、プラントの運転状態を計測した計測信号を用いてモデルを修正し、修正したモデルを用いて再度学習を実行することでプラントを精度良く制御するための制御アルゴリズムをオンラインで修正/変更する。 In such learning-type adaptive control, a control algorithm for controlling the plant with high accuracy is obtained by correcting the model using the measurement signal obtained by measuring the operating state of the plant, and executing learning again using the corrected model. Modify / change online.
したがって、前記学習はプラントに対して制御装置から出力される操作信号が変更される周期(制御周期)以内でモデルを修正し、修正したモデルを用いて再度学習を実行させてこの学習を終了して制御アルゴリズムを修正/変更する必要がある。 Therefore, in the learning, the model is corrected within a cycle (control cycle) in which the operation signal output from the control device to the plant is changed, the learning is performed again using the corrected model, and the learning is finished. It is necessary to modify / change the control algorithm.
この制御周期は、プラントを操作後、静定するまでの時間とみなすことができ、一般に数分から数十分の長さとなる。 This control cycle can be regarded as a time until the plant is settled after operating the plant, and generally has a length of several minutes to several tens of minutes.
例えば火力発電プラントに代表される複雑なプラントの制御ではモデル入力次数が数十個から数百個となり学習するモデル入力の組み合わせ数(探索空間)が増大するため学習時間が長くなり、この結果、プラントの制御を精度良く行なうために必要な制御アルゴリズムをオンラインで修正/変更することが困難となる。 For example, in the control of a complex plant represented by a thermal power plant, the number of model input orders is from several tens to several hundreds, and the number of combinations of model inputs to be learned (search space) increases, resulting in a long learning time. It becomes difficult to modify / change the control algorithm necessary for accurately controlling the plant online.
したがって制御周期以内に学習を終了するためには、モデル入力次数の増加に対応してモデルを修正し、この修正したモデルを用いて再度学習する学習を高速化する必要がある。 Therefore, in order to complete the learning within the control cycle, it is necessary to modify the model in response to the increase in the model input order and to speed up the learning that is performed again using the modified model.
特開平7−160661号公報にはニューラルネットワークの学習において教師データをプラント計測値情報の組み合わせによって複数のパターンに分類し、そして制御結果を基に学習するパターンを抽出して、この抽出したパターンの教師データのみを学習することで学習を高速化する技術が開示されている。 Japanese Patent Laid-Open No. 7-160661 classifies teacher data into a plurality of patterns based on a combination of plant measurement value information in neural network learning, extracts patterns to be learned based on control results, and extracts the extracted patterns. A technique for speeding up learning by learning only teacher data is disclosed.
特開2000−35956号公報に記載したモデルを利用した強化学習法の技術を用いることによって、制御目標を達成可能な操作信号の生成方法を自動的に学習できる。 By using the technique of the reinforcement learning method using the model described in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-35956, it is possible to automatically learn a method for generating an operation signal that can achieve a control target.
しかしながら、プラントの運転状態を計測した計測信号に基づいてモデルを修正し、修正したモデルを用いて再度学習するようにした学習を行なうことによって制御アルゴリズムを修正する場合に、複雑なプラントでモデル入力次数が大きくなるとプラントを制御する制御周期以内で前記の学習を行なうことが困難となる。 However, when a control algorithm is modified by correcting the model based on the measurement signal obtained by measuring the operating state of the plant, and then learning again using the corrected model, the model is input at a complex plant. As the order increases, it becomes difficult to perform the learning within the control cycle for controlling the plant.
また、特開平7−160661号公報に記載した技術を用いると教師データをパターン化により分割することで探索空間を縮小して学習を高速化でき得る。すなわち、モデル入力次数が増加し探索空間(教師データ数)が増加する場合でも、適切にパターン化を実行することで制御周期以内の学習が可能となる。 Further, when the technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 7-160661 is used, it is possible to reduce the search space by dividing the teacher data by patterning, thereby speeding up the learning. That is, even when the model input order increases and the search space (teacher data number) increases, learning within the control period can be performed by appropriately performing patterning.
しかしながら、分類される教師データに偏りがある場合、学習するパターンによっては教師データ数が少なくなり、所望の学習結果を獲得できないことになり、所望の学習結果が得られないことになる。 However, when the teacher data to be classified is biased, the number of teacher data decreases depending on the pattern to be learned, and a desired learning result cannot be obtained, and a desired learning result cannot be obtained.
また、分類されるパターンの種類は制御装置の設計者の知見に基づいて決定されるため、パターンの生成に際して人手による負担が非常に大きくなるという問題もある。 In addition, since the types of patterns to be classified are determined based on the knowledge of the designer of the control device, there is a problem that the burden on manpower becomes very large when generating patterns.
本発明の目的は、プラントの運転状態を計測した計測信号に基づいてモデルを修正し、この修正したモデルを用いて再度学習するようにした学習を高速に実行してプラントの制御アルゴリズムを修正し、プラントを精度良く制御するプラントの制御装置を提供することにある。 An object of the present invention is to correct a model based on a measurement signal obtained by measuring the operating state of a plant, and to correct a plant control algorithm by executing learning at a high speed using the corrected model. An object of the present invention is to provide a plant control apparatus for controlling a plant with high accuracy.
本発明のプラントの制御装置は、プラントの運転状態を計測した計測信号を用いて制御対象のプラントに対して制御指令となる操作信号を算出する操作信号生成部を備えたプラントの制御装置において、前記制御装置は、計測したプラントの計測信号が保存されている計測信号データーベースと、プラントに対する操作信号が保存されている操作信号データーベースと、プラントの運転特性を解析する数値解析実行部と、前記数値解析実行部からの数値解析結果の情報を基にプラントに操作信号を与えた場合のプラントの制御特性を模擬するモデルと、前記モデルを用いてモデルで模擬演算されるモデル出力がモデル出力目標値を達成するようにモデル入力の生成方法を学習する際に、プラント運転開始前には学習部へ入力される状態入力をそのまま用いて学習し、プラント運転開始後にはパターンデーターベースに保存されているパターンデータを用いて学習部へ入力される状態入力をパターン化して学習する学習部であって、前記学習部はパターンデーターベースに保存されているパターンデータからパターンデータを選択し、選択したパターンデータを用いて状態入力をパターン化して入力次数を低減するように構成されており、前記学習部での学習の結果得られた学習情報データが保存されている学習情報データーベースと、前記操作信号生成部から出力される操作信号に使用する情報が保存されている制御ロジックデータベースと、前記学習部でプラント運転開始前に学習した学習データ及び前記学習情報データーベースに保存された学習データに基づいてパターンデータを生成するパターン生成部と、前記パターン生成部で生成されるパターンデータが保存されているパターンデーターベースと、学習に用いたパターンデータが複数の場合は各パターンの学習データの中からプラントを精度良く制御する効果が良い学習データを選択する学習結果判定部を備え、この学習結果判定部で選択した学習データに基いて前記操作信号生成部から前記操作信号を算出するように構成されていることを特徴とする。 The plant control apparatus of the present invention is a plant control apparatus including an operation signal generation unit that calculates an operation signal that becomes a control command for a plant to be controlled using a measurement signal obtained by measuring the operation state of the plant. The control device includes a measurement signal database in which measurement signals of the measured plant are stored, an operation signal database in which operation signals for the plant are stored, a numerical analysis execution unit that analyzes the operation characteristics of the plant, A model that simulates the control characteristics of the plant when an operation signal is given to the plant based on the information of the numerical analysis result from the numerical analysis execution unit, and the model output that is simulated by the model using the model is model output when learning a method of generating a model input so as to achieve the target value, the state input before plant operation starts to be input to the learning section Trained with remains, after the plant operation starts a learning unit that learns by patterning the state input which is input to the learning unit using the pattern data stored in the pattern database, the learning unit pattern The pattern data is selected from the pattern data stored in the database, and the state input is patterned using the selected pattern data to reduce the input order, and the learning result obtained by the learning unit is obtained. a learning information database of training information data is stored that is, the operation signal and the control logic database information used on an operation signal output is stored from the generator, before plant operation initiated by the learning unit I learned learning data and the learning information database on the basis of the stored learned data pattern Day Accuracy and the pattern generator for generating a pattern database in which patterns data generated by the pattern generation unit is stored, the plant if the pattern data used for learning of a plurality from among the learning data of the pattern comprising a learning result judging unit for selecting a better control to effect a good training data, it is configured to calculate the operation signal from the operation signal generation unit based on the learning data selected in the learning result determination unit It is characterized by.
本発明によれば、プラントの運転状態を計測した計測信号に基づいてモデルを修正し、この修正したモデルを用いて再度学習するようにした学習を高速に実行してプラントの制御アルゴリズムを修正し、プラントを精度良く制御するプラントの制御装置が実現できる。 According to the present invention, the model is corrected based on the measurement signal obtained by measuring the operation state of the plant, and the learning that is learned again using the corrected model is executed at high speed to correct the plant control algorithm. Therefore, a plant control device that controls the plant with high accuracy can be realized.
次に、本発明の一実施例であるプラントの制御装置について、図面を参照して説明する。 Next, a plant control apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施例であるプラントの制御装置の全体構成を示す制御ブロック図である。 FIG. 1 is a control block diagram showing the overall configuration of a plant control apparatus according to an embodiment of the present invention.
図1において、本実施例のプラントは燃料に石炭を用いるボイラを備えた火力発電プラントを構成するプラント100であり、このボイラを備えた火力発電プラント100は、制御装置200によって制御されるように構成されている。
In FIG. 1, the plant according to the present embodiment is a
制御対象の前記プラント100を制御する制御装置200には、演算装置として数値解析実行部220、モデル230、学習部260、操作信号生成部280、学習結果判定部300、及びパターン生成部400が夫々設けられた構成となっている。
The
前記制御装置200には、データベースとして、計測信号データベース210、数値解析データベース240、操作信号データベース250、学習情報データベース270、制御ロジックデータベース290、及びパターンデータベース500が夫々設けられている。
The
そしてこの制御装置200には、外部とのインターフェイスとして、外部入力インターフェイス201、及び外部出力インターフェイス202が設けられている。
The
前記制御装置200では、外部入力インターフェイス201を介して、火力発電プラントであるプラント100から該火力発電プラントの各種状態量を計測した計測信号1を制御装置200に取り込む。
In the
また、外部出力インターフェイス202を介して、制御装置200から制御対象の前記火力発電プラントであるプラント100に対して、例えばボイラのバーナー、及びエアポートの空気流量を制御する操作信号15が送り出されている。
Also, an
制御装置200では、このプラント100の各種状態量を計測した計測信号1は外部入力インターフェイス201を介した後に計測信号2として制御装置200に備えられたデータベースである計測信号データベース210に保存される。
In the
制御装置200に備えられた演算装置である操作信号生成部280にて生成させる操作信号14は、外部出力インターフェイス202に伝送されると共に、制御装置200に備えられたデータベースである操作信号データベース250に保存される。
The
操作信号生成部280では、制御装置200に備えられたデータベースである制御ロジックデータベース290に保存されている制御ロジックデータ13、及び制御装置200に備えられた演算装置である学習結果判定部300より出力された学習データ12を用いて、前記プラント100の計測信号1が運転目標値を達成するように、前記プラント100に対して操作信号15となる操作信号14を生成して外部入力インターフェイス202に出力する。
The operation
前記制御ロジックデータベース290には、制御ロジックデータ13を出力するため、制御ロジックデータ13を算出する制御回路、及び制御パラメータが保存されている。
The
この制御ロジックデータ13を算出する制御回路には、公知のPI制御を用いることができる。
A known PI control can be used for the control circuit for calculating the
制御装置200に備えられたデータベースである学習情報データベース270に保存される学習データは、制御装置200に備えられた演算装置である学習部260にて生成される。
The learning data stored in the
この学習部260は、制御装置200に備えられた演算装置であるモデル230と接続されている。
The
モデル230は、火力発電プラントであるプラント100の制御特性を模擬する機能を持つものである。すなわち、制御指令となる操作信号15を前記プラント100に与え、その制御結果の計測信号1を得るのと同等のことを前記モデル230によって模擬演算するものである。
The
この模擬演算のために、モデル230を動作させるモデル入力7を前記学習部260から受け、モデル230にて前記プラント100の制御による特性変化を模擬演算して、その模擬演算結果のモデル出力8を得るように構成されている。
For this simulation calculation, the model input 7 for operating the
ここで、モデル出力8は、前記プラント100の計測信号1の予測値となる。
Here, the
このモデル230は、制御装置200に備えられたデータベースである数値解析データベース240に保存されている数値解析結果6に基づいて構築される。
The
制御装置200に備えられた演算装置である数値解析実行部220では、前記プラント100を模擬する物理モデルを用いて、プラント100の運転特性を解析する。
A numerical
数値解析実行部220で物理モデルを用いてプラント100の特性を解析して得られた計算結果4は、前記数値解析データベース240に保存される。
The calculation result 4 obtained by analyzing the characteristics of the
モデル230では、数値解析データベース240、及び計測信号データベース210に保存されている情報を用いて、ニューラルネットワークなどの統計的手法を用いて、モデル入力7に対応するモデル出力8を計算する。
In the
モデル230は、モデル入力7に対応するモデル出力8を計算するのに必要な数値解析結果6を、モデル情報データ5を用いて数値解析データベース240から抽出し、この結果を補間することで構成される。
The
また、前記数値解析実行部220の物理モデルの特性と、プラント100の特性が異なることに備えて、計測信号データベース210に保存されている計測信号3を用いて、モデル230とプラント100の制御特性が一致するように、モデル230を修正することができるように構成されている。
Further, in preparation for the difference between the characteristics of the physical model of the numerical
学習部260では、モデル230で模擬演算されるモデル出力8が、予め運転員によって設定されたモデル出力目標値を達成するように、モデル入力7の生成方法を学習する。
The
その際、現在のモデル入力を学習部260への入力とし、そのモデル入力変化幅を出力とする。ここで、学習部260への入力を状態入力、出力を操作量変化幅と呼ぶことにする。
At this time, the current model input is set as an input to the
学習に用いる拘束条件、及びモデル出力目標値を含む学習情報データ9は、学習情報データベース270に保存されている。
Learning information data 9 including constraint conditions used for learning and model output target values is stored in the learning
学習部260は、プラント運転開始前には状態入力をそのまま用いて学習し、プラント運転開始後には、制御装置200に備えられたデータベースである後述のパターンデータベース500に保存されているパターンデータを用いて状態入力をパターン化して学習する。
The
また、前記学習部260で学習した結果である学習データ10は、制御装置200に備えられたデータベースである学習情報データベース270に保存される。
The learning
学習データ10には、モデル入力変更前の状態入力と、その状態入力における操作量変化幅、及びその操作の結果得られるモデル出力変化幅に関する情報が含まれている。尚、学習部260の詳細な機能については、後述する。
The learning
制御装置200に備えられた演算装置であるパターン生成部400では、学習部260においてプラント運転開始前に学習した学習データ16を用いてパターンデータ17を生成し、このパターンデータ17をパターンデータベース500へ保存する。
In the
前記プラント100の運転開始後、パターンデータベース500に保存されているパターンデータの中から計測信号3に類似する最適なパターンデータ18を選択し、学習部260にて計測信号3に含まれる状態入力をパターン化して学習する。
After the operation of the
学習部260での学習の結果得られて学習情報データベース270に保存された学習データ11は、制御装置200に備えられた演算装置である学習結果判定部300へ入力される。
The learning data 11 obtained as a result of learning in the
前記学習結果判定部300では、学習に用いたパターンデータ18が複数個の場合は各パターンの学習データ11の中から制御効果が最良となる学習データを選択し、用いたパターンが1個の場合はそのパターンの学習データを選択する。
In the learning
前記学習結果判定部300で選択した学習データ12は、操作信号生成部280に入力される。
The learning
プラント100の運転員は、図1に示したように制御装置200に付設された、キーボード601とマウス602で構成される外部入力装置600、制御装置200とデータを送受信できるデータ送受信処理部612を備えたデータ処理装置610、及び画像表示装置620を用いることにより、制御装置200に備えられている種々のデータベースに保存されている情報にアクセスすることができる。
As shown in FIG. 1, the operator of the
また、プラント100の運転員は、前記夫々の装置を用いることにより、制御装置200に備えられた演算装置である前記数値解析実行部220、学習部260、及びパターン生成部400で用いる設定パラメータを入力することができる。
Further, the operator of the
データ処理装置610は、外部入力インターフェイス611、データ送受信処理部612、及び外部出力インターフェイス613で構成される。
The
そして外部入力装置600で生成したデータ処理装置の入力信号61は、外部入力インターフェイス611を介してデータ処理装置610に取り込まれる。このデータ処理装置610のデータ送受信処理部612では、データ処理装置入力信号62の情報に従って、制御装置200に備えられている入出力データ情報60を取得する構成となっている。
An
また、データ送受信処理部612では、データ処理装置入力信号62の情報に従って、制御装置200に備えられた演算装置である前記数値解析実行部220、学習部260、及びパターン生成部400で用いるパラメータ設定値を含む入出力データ情報60を出力する。
Further, in the data transmission /
データ送受信処理部610では、入出力データ情報60を処理した結果得られるデータ処理装置出力信号63を、外部出力インターフェイス613に送信する。外部出力インターフェイス613からはデータ処理装置出力信号64が画像表示装置620に送られて表示されるので、制御装置200に備えられている種々のデータベースにそれぞれ保存されている情報を画像表示装置620に表示することができる。
The data transmission /
尚、上記した本発明の実施例であるプラントの制御装置200では、前記した計測信号データベース210、数値解析データベース240、操作信号データベース250、学習情報データベース270、制御ロジックデータベース290、及びパターンデータベース500が制御装置200の演算装置を構成するように配置されているが、これらの全て、あるいは一部を制御装置200の外部に配置することも可能である。
In the
また、前記数値解析実行部220が制御装置200の内部に配置されているが、これを制御装置200の外部に配置することも可能である。
Further, although the numerical
例えば、前記した数値解析実行部220、及び数値解析データベース240を制御装置200の外部に配置して、数値解析結果6をインターネット経由で制御装置200に送信するようにしてもよい。
For example, the numerical
次に、制御装置200に備えられた前記学習部260について、図2を用いて詳細に説明する。
Next, the
図2に示したように、学習部260の構成はモデル入力生成手段261、予備学習手段262、パターン選択手段263、パターン変換手段264、及び再学習手段265で構成されている。
As shown in FIG. 2, the
学習部260を構成するモデル入力生成手段261では、モデル230の現在のモデル入力条件に対して操作量変化幅19を印加し、操作後のモデル入力7、及び状態入力20をこのモデル入力生成手段261で生成する。
The model
また、計測信号データベース210に保存されているプラント100の計測信号3からモデル入力生成手段261によって状態入力20を抽出する。
Further, the
学習部260を構成する予備学習手段262では、プラント100の運転開始前に学習情報データベース270に保存されている学習情報データ9を用いて、モデル230で模擬演算されるモデル出力8がモデル出力目標値を達成するように、モデル入力7の生成方法を学習する。
The preliminary learning means 262 constituting the
その際、状態入力20をそのまま用いる。モデル入力7は、モデル入力生成手段261において、現在のモデル入力条件に予備学習手段262が学習した操作量変化幅19を印加することで生成し、これをモデル230に入力すると共に、操作後の状態入力20として前記予備学習手段262に入力する。
At that time, the
この予備学習手段262における学習の結果得られる学習データ10は、学習情報データベース270に保存される。
The learning
この学習情報データベース270に保存された学習情報16に基いてパターン生成部400でパターンデータを生成し、該パターン生成部400で生成されたパターンデータ17をパターンデータベース500に保存する。
The
学習部260を構成するパターン選択手段263では、状態入力20を手掛かりとして、パターンデータベース500に保存されているパターンデータ18からパターンデータ23を選択し、前記パターン変換手段264へ入力する。
The
学習部260を構成するパターン変換手段264では、パターン選択手段263で選択したパターンデータ23を用いて状態入力20をパターン化し、入力次数を低減する。
The pattern conversion means 264 constituting the
また、前記パターン変換手段264ではパターン化により学習した操作量変化幅21に対して逆の操作を実行し、入力次数を増加させる。
Further, the pattern conversion means 264 performs the reverse operation on the operation
図3を用いてこのパターン化について説明すると、図3に示すように、前記パターン変換手段264ではパターンデータはパターン化で使用する入力の情報値を1に、使用しない入力の情報値を0とする態様を取る。 This patterning will be described with reference to FIG. 3. As shown in FIG. 3, in the pattern conversion means 264, the pattern data has an input information value of 1 used for patterning and an input information value of unused input of 0. Take the mode to do.
したがって状態入力20のパターン化の際には、状態入力20に対してパターンデータの情報値が1となる入力のみを選択する。
Therefore, when patterning the
また、逆の操作では、学習後のパターン化された操作量変化幅21に対して、パターン化で使用した入力間を線形補間することで他の入力の操作量変化幅を導出する。
Further, in the reverse operation, the operation amount change width of other inputs is derived by linearly interpolating between the inputs used in patterning with respect to the patterned operation
図2において、前記した学習部260を構成する再学習手段265では、プラント100の運転開始後、学習情報データベース270に保存されている学習情報データ9を用いて、計測信号3によって修正されたモデル230で模擬演算されるモデル出力8がモデル出力目標値を達成するように、モデル入力7の生成方法を学習する。
In FIG. 2, the re-learning means 265 constituting the
その際、パターン変換手段264において状態入力20をパターン化する。パターン化された状態入力22は、そのパターンに対応する前記再学習手段265に入力され、この再学習手段265での学習の結果、パターン化された操作量変化幅21が再学習手段265から出力される。
At that time, the pattern input means 264 patterns the
これをパターン変換手段264において再度操作量変化幅19に変換し、前記モデル入力生成手段261に入力してモデル入力7、及び操作後の状態入力20を生成する。
This is converted again to the manipulated
以上説明した構成によって、前記学習部260では、プラント100の運転開始前のパターン生成のための予備学習、及びプラント100の運転開始後の状態入力のパターン化による再学習を実現する。
With the configuration described above, the
図4に、図1乃至図3を用いて説明した本発明の一実施例であるプラントを制御する制御装置200の動作を示すフローチャート図を示す。
FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the
図4のフローチャートにおいて、ステップ1000、1010、1020、1030、1040、及び1050を組み合わせて実行する。以下には、それぞれのステップについて説明する。 In the flowchart of FIG. 4, steps 1000, 1010, 1020, 1030, 1040, and 1050 are executed in combination. Hereinafter, each step will be described.
プラント100を制御する制御装置200の動作開始後、まず、ステップ1000では、制御装置200の数値解析実行部220を用いて数値解析を実行し、数値解析データ4を数値解析データベース240に送信・保存する。
After the operation of the
次に、ステップ1010では、制御装置200の学習部260、及びモデル230を用いて、プラント操作方法の予備学習を実行し、学習データ10を学習情報データベース270に送信・保存する。
Next, in Step 1010, preliminary learning of the plant operation method is executed using the
次に、ステップ1020では、制御装置200のパターン生成部400を用いて、学習情報データベース270に保存されている予備学習による学習データ16を用いてパターンデータ17を生成し、パターンデータベース500へ送信・保存する。以上の動作は、プラント100の運転開始前に実行する。
Next, in Step 1020, the
プラント100の運転開始後、ステップ1030では、プラント100の計測信号1を、外部入力インターフェイス201を用いて制御装置200に入力し計測信号データベース210に送信・保存する。
After the operation of the
ステップ1040では、取得した計測信号3より抽出される状態入力に対し、パターンデータベース500に保存されているパターンデータ18を用いてパターン化し、学習部260にて再学習を実行する。
In step 1040, the state input extracted from the acquired
学習部260での学習後、制御装置200の学習結果判定部300を用いて、用いたパターンによる学習データ11の中から適切な学習データ12を選んで学習結果判定部300から操作信号生成部280へ出力する。
After learning in the
次のステップ1050では、操作信号生成部280を用いて、学習データ12、及び制御ロジックデータ13を用いて操作信号14を生成し、この操作信号生成部280から外部入力インターフェイス202を介して操作信号15としてプラント100に出力する。
In the next step 1050, the
以上のステップ1030〜1050の動作を、計測信号が入力される度に繰り返し実行することで、プラント100を制御する。
The
次に、図4におけるステップ1010、1020、及び1040の詳細な動作について、フローチャート図を参照しながら詳細に説明する。 Next, detailed operations in steps 1010, 1020, and 1040 in FIG. 4 will be described in detail with reference to the flowchart.
図5は、ステップ1010の予備学習の動作を示すフローチャート図である。 FIG. 5 is a flowchart showing the preliminary learning operation in step 1010.
図5に示したように、予備学習の動作のフローチャートは、ステップ2000、2010、2020、2030、2040、2050、2060、2070、及び2080を組み合わせて実行する。 As shown in FIG. 5, the flowchart of the preliminary learning operation is executed by combining Steps 2000, 2010, 2020, 2030, 2040, 2050, 2060, 2070, and 2080.
以下にそれぞれのステップについて詳細に説明する。 Each step will be described in detail below.
ステップ2000では、ステップ2010〜2060の繰り返し回数を示す値である初期化回数Iを初期化(I=1に設定)する。 In step 2000, an initialization count I, which is a value indicating the number of repetitions of steps 2010 to 2060, is initialized (set to I = 1).
次に、ステップ2010では、状態入力の初期値を設定する。状態入力の初期値としては、任意のモデル入力値を選ぶことができる。 Next, in step 2010, an initial value for state input is set. Any model input value can be selected as the initial value of the state input.
ステップ2020では、ステップ2030〜2050の繰り返し回数を示す値である操作回数Jを初期化(J=1に設定)する。 In step 2020, the number of operations J, which is a value indicating the number of repetitions of steps 2030 to 2050, is initialized (set to J = 1).
次に、ステップ2030では、制御装置200を構成する学習部260の予備学習手段262を用いてモデル入力の操作量変化幅を導出する。
Next, in Step 2030, the amount of change in the manipulated variable of the model input is derived using the preliminary learning means 262 of the
ステップ2040では、学習部260のモデル入力生成手段261を用いて状態入力に操作量変化幅を加えてモデル230を操作し、状態入力を更新する。
In step 2040, the model input is generated by using the model input generation means 261 of the
ステップ2050では、モデル230の操作の結果得られたモデル出力を手掛かりとして、ニューラルネットワーク、及び強化学習に代表される種々の学習アルゴリズムを用いて、モデル230の操作方法を学習する。
In step 2050, using the model output obtained as a result of the operation of the
ステップ2060は分岐であり、操作回数Jと予め定められている閾値とを比較し、Jが閾値よりも小さい場合にはJを1加算した後にステップ2030に戻り、逆に閾値よりも大きい場合には分岐であるステップ2070に進む。 Step 2060 is a branch, and the number of operations J is compared with a predetermined threshold. If J is smaller than the threshold, J is incremented by 1 and the process returns to Step 2030. Conversely, if J is larger than the threshold, Advances to step 2070 which is a branch.
ステップ2070では、初期化回数Iと予め定められている閾値とを比較し、Iが閾値よりも小さい場合にはIを1加算した後にステップ2010に戻り、逆に閾値よりも大きい場合にはステップ2080に進む。 In step 2070, the initialization count I is compared with a predetermined threshold value. If I is smaller than the threshold value, I is incremented by 1, and then the process returns to step 2010. Proceed to 2080.
ステップ2080では、学習部260で学習した結果を学習情報データベース270に送信・保存し、予備学習の動作を終了させるステップに進む。
In step 2080, the result learned by the
以上の動作によって、予備学習ではステップ2010において任意のモデル入力を状態入力の初期値として学習を開始するため、任意のモデル入力条件からモデル出力目標値へ到達する操作方法を獲得できる。 With the above operation, in the preliminary learning, learning is started with an arbitrary model input as an initial value of the state input in step 2010, so that an operation method for reaching the model output target value from an arbitrary model input condition can be obtained.
図6は、ステップ1020のパターン生成の動作を示すフローチャート図である。 FIG. 6 is a flowchart showing the pattern generation operation in step 1020.
図6に示したように、パターン生成の動作のフローチャートは、ステップ4000、4010、4020、及び4030を組み合わせて実行する。 As shown in FIG. 6, the flowchart of the pattern generation operation is executed by combining Steps 4000, 4010, 4020, and 4030.
以下にそれぞれのステップについて、図7、図8を用いて詳細に説明する。 Each step will be described in detail below with reference to FIGS.
ステップ4000では、ステップ4010〜4020の繰り返し回数を示す値であるデータ参照番号Iを初期化(I=1に設定)する。 In step 4000, a data reference number I which is a value indicating the number of repetitions of steps 4010 to 4020 is initialized (I = 1 is set).
次に、ステップ4010では、学習情報データベース270に保存されている予備学習による学習データをIに従って参照しながら、パターンを生成する。尚、パターン生成アルゴリズムの詳細な動作については、後述する。
Next, in step 4010, a pattern is generated while referring to learning data by preliminary learning stored in the learning
図7に制御装置200の学習情報データベース270に保存される学習データの態様を示す。
FIG. 7 shows an aspect of learning data stored in the learning
図7に示すように、学習情報データベース270には状態入力値とその状態入力における操作量変化幅の値、及びその操作の結果得られたモデル出力変化幅の値が保存されている。
As shown in FIG. 7, the learning
パターンは、学習データにおける操作量変化幅を基に生成する。尚、図7において、S_0001は状態入力を区別するために割り振られた番号である。 The pattern is generated based on the operation amount change width in the learning data. In FIG. 7, S_0001 is a number assigned to distinguish state inputs.
図6におけるステップ4020では、生成したパターン、及び参照した学習データの状態入力値をパターンデータベース500に送信・保存する。
In step 4020 in FIG. 6, the generated pattern and the state input value of the referenced learning data are transmitted and stored in the
図8に制御装置200のパターンデータベース500に保存される学習データの態様を示す。
FIG. 8 shows an aspect of learning data stored in the
図8に示すように、パターンデータベース500にはパターンデータと、そのパターン生成時に参照した状態入力値が保存されている。
As shown in FIG. 8, the
生成したパターンを保存する際、既に保存されているパターンデータと一致する場合は、そのパターンデータに対応する状態入力として保存する。 When the generated pattern is saved, if it matches the already saved pattern data, it is saved as a state input corresponding to the pattern data.
したがって、ひとつのパターンデータに対して複数の状態入力が対応付けられる場合が生じる。尚、図8において、P_0001はパターンデータを区別するために割り振られた番号である。 Therefore, a case where a plurality of state inputs are associated with one pattern data occurs. In FIG. 8, P_0001 is a number assigned to distinguish pattern data.
図6におけるステップ4030は分岐であり、データ参照番号Iと予め定められている閾値とを比較し、Jが閾値よりも小さい場合にはJを1加算した後ステップ4010に戻り、逆に閾値よりも小さい場合にはパターン生成の動作を終了させるステップに進む。 Step 4030 in FIG. 6 is a branch, and the data reference number I is compared with a predetermined threshold value. If J is smaller than the threshold value, J is incremented by 1 and the process returns to step 4010. If it is smaller, the process proceeds to the step of ending the pattern generation operation.
次に、ステップ4010のパターン生成アルゴリズムの詳細な動作について、図9のフローチャート図、及び図10を参照しながら説明する。 Next, the detailed operation of the pattern generation algorithm in step 4010 will be described with reference to the flowchart of FIG. 9 and FIG.
パターン生成アルゴリズムでは、パターン化する入力次数を必要最小限の値に抑えるため、図10に示すように最初はパターン入力次数1から探索を開始し、終了条件を満足するまで、入力次数を増加しながら探索を繰り返してパターンを生成する。
In the pattern generation algorithm, in order to keep the input order to be patterned to the minimum necessary value, the search starts from the
また、パターン探索を効率化するため、探索に進化論的な探索アルゴリズムを用いている。すなわち、パターンのデータベース表現を遺伝子(解候補)とし、生成した複数の解候補に対して交叉、突然変異といった遺伝的操作を施すことにより、最適なパターンを探索する。 In order to make the pattern search more efficient, an evolutionary search algorithm is used for the search. That is, an optimal pattern is searched by using a database expression of a pattern as a gene (solution candidate) and performing a genetic operation such as crossover or mutation on a plurality of generated solution candidates.
図9に示したように、ステップ4010の動作のフローチャートは、ステップ4011、4012、4013、4014、4015、4016、4017、4018、及び4019を組み合わせて実行する。 As shown in FIG. 9, the flowchart of the operation of Step 4010 is executed by combining Steps 4011, 4012, 4013, 4014, 4015, 4016, 4017, 4018, and 4019.
以下にそれぞれのステップについて詳細に説明する。 Each step will be described in detail below.
ステップ4011では、パターン化に用いる入力次数を示す値であるJを初期化(J=1)に設定する。 In step 4011, J, which is a value indicating the input order used for patterning, is set to initialization (J = 1).
ステップ4012では、ステップ4014〜4015の繰り返し回数を示す値である世代数Kを初期化(K=1に設定)する。 In step 4012, the generation number K, which is a value indicating the number of repetitions of steps 4014 to 4015, is initialized (set to K = 1).
次に、ステップ4013では、パターンデータ情報値が1となる入力次数をJとする拘束条件の下で解候補をL個生成する。 Next, in step 4013, L solution candidates are generated under the constraint condition that the input order at which the pattern data information value is 1 is J.
ステップ4014では、各解候補に対してパターン化誤差を計算する。 In step 4014, a patterning error is calculated for each solution candidate.
パターン化誤差は図10に示すように、参照する学習データの操作量変化幅と、パターン化で使用する入力を線形補間して求めた操作量変化幅との誤差として求める。 As shown in FIG. 10, the patterning error is obtained as an error between the operation amount change width of the learning data to be referred to and the operation amount change width obtained by linear interpolation of the input used for patterning.
ステップ4015では、計算したパターン化誤差を基に、前記拘束条件の下で解候補群に対して交叉、突然変異といった遺伝的操作を施し、新しい解候補を生成する。 In step 4015, based on the calculated patterning error, a genetic operation such as crossover or mutation is performed on the solution candidate group under the constraint conditions to generate a new solution candidate.
ステップ4016は分岐であり、世代数Kが予め定められている閾値以下である場合にはKを1加算した後にステップ4014に戻り、その逆の場合はステップ4017に進む。 Step 4016 is a branch. If the number of generations K is less than or equal to a predetermined threshold, K is incremented by 1 and then the process returns to step 4014. In the opposite case, the process proceeds to step 4017.
ステップ4017では、予め定められた世代数を経過した解候補群に対し、パターン化誤差が最小となる解候補を選択し、ステップ4018に進む。 In step 4017, a solution candidate that minimizes the patterning error is selected from the solution candidate group that has passed the predetermined number of generations, and the process proceeds to step 4018.
ステップ4018は分岐であり、ステップ4017で選択した解候補のパターン化誤差が予め定められている閾値以上である場合か、または入力次数Jが予め定められている閾値以下である場合にはJを1加算した後にステップ4012に戻り、その逆の場合にはステップ4019に進む。 Step 4018 is a branch. If the patterning error of the solution candidate selected in Step 4017 is greater than or equal to a predetermined threshold value, or if the input order J is less than or equal to a predetermined threshold value, J is set. After 1 is added, the process returns to Step 4012. In the opposite case, the process proceeds to Step 4019.
ステップ4019では、選択した解候補を生成パターンとし、これをパターンデータベース500に送信・保存してパターン生成アルゴリズムの動作を終了させるステップに進む。
In step 4019, the selected solution candidate is used as a generation pattern, which is transmitted to and saved in the
以上の動作により、パターンデータベース500には、生成したパターンデータが保存される。
Through the above operation, the generated pattern data is stored in the
プラント100の運転員は、データ処理装置610を用いて、これらの情報を画像表示装置620に表示することができる。
An operator of the
これにより、運転員は現在どのような状態入力のパターン化が可能であるかを知ることができる。また、設定パラメータであるJ、Kの閾値を、画面表示装置620を通じて入力することができる。
As a result, the operator can know what state input patterning is currently possible. In addition, threshold values for setting parameters J and K can be input through the
図11は、ステップ1040の再学習の動作を示すフローチャート図である。 FIG. 11 is a flowchart showing the relearning operation in step 1040.
図11に示したように、再学習の動作のフローチャートは、ステップ2100、2110、2120、2130、2140、2150、2160、2170、及び2180を組み合わせて実行する。 As shown in FIG. 11, the flowchart of the relearning operation is executed by combining steps 2100, 2110, 2120, 2130, 2140, 2150, 2160, 2170, and 2180.
以下にそれぞれのステップについて詳細に説明する。 Each step will be described in detail below.
ステップ2100では、制御装置200を構成する学習部260のモデル入力生成手段261を用いて再学習手段265に入力される状態入力を計測信号より抽出する。
In step 2100, the state input input to the
次にステップ2110では、学習部260のパターン選択手段263を用いて、抽出した状態入力と制御装置200のパターンデータベース500に保存されているパターンデータとの最小状態入力誤差を計算する。
Next, in step 2110, the minimum state input error between the extracted state input and the pattern data stored in the
図8に示すように、パターンデータベース500にはパターン毎に複数の状態入力値が保存されており、最小状態入力誤差はこれらと現在の状態入力値との誤差の最小値として求める。
As shown in FIG. 8, the
最小状態入力誤差は現在の状態入力と予備学習で経験した状態入力との類似度となるため、これを手掛かりとして現在の状態入力値との類似度が高い状態入力に対応したパターンを選択できる。 Since the minimum state input error is the similarity between the current state input and the state input experienced in the preliminary learning, a pattern corresponding to the state input having a high similarity with the current state input value can be selected using this as a clue.
その結果、選択したパターンを用いることにより、現在の状態入力に対して予備学習結果と同等の制御効果を得られる操作量変化幅を学習できる。 As a result, by using the selected pattern, it is possible to learn an operation amount change width that can obtain a control effect equivalent to the preliminary learning result for the current state input.
ステップ2120は分岐であり、ステップ2110で計算した各パターンの最小状態入力誤差に対して、予め設定した閾値以下となるものが存在するかどうかを判定し、存在する場合はステップ2130へ進み、存在しない場合はステップ2140へ進む。 Step 2120 is a branch, and it is determined whether or not there is a value that is equal to or smaller than a preset threshold with respect to the minimum state input error of each pattern calculated in Step 2110. If there is, the process proceeds to Step 2130. If not, go to Step 2140.
ステップ2130では、最小状態入力誤差が閾値以下となるパターンをすべて選択し、ステップ2150へ進む。 In step 2130, all patterns whose minimum state input error is equal to or smaller than the threshold value are selected, and the process proceeds to step 2150.
ステップ2140では、最小状態入力誤差が全パターン中で最小となるパターンのみを選択し、ステップ2150へ進む。 In step 2140, only the pattern having the smallest minimum state input error among all patterns is selected, and the process proceeds to step 2150.
次に、ステップ2150では、ステップ2160の繰り返し回数を示す値であるIを初期化(I=1に設定)する。 Next, in step 2150, I, which is a value indicating the number of repetitions of step 2160, is initialized (set to I = 1).
ステップ2160では、選択したパターンに対応する学習部260の再学習手段265を用いてモデル230のモデル操作方法を学習する。
In step 2160, the model operation method of the
ステップ2170は分岐であり、Iが選択したパターン数以下である場合はIを1加算した後にステップ2160に戻り、選択した別のパターンに対応する再学習手段265を用いて学習する。その逆の場合はステップ2180に進む。 Step 2170 is a branch. If I is equal to or less than the number of selected patterns, I is incremented by 1, and the process returns to step 2160 to learn using the re-learning means 265 corresponding to another selected pattern. In the opposite case, the process proceeds to Step 2180.
ステップ2180では、制御装置200の学習結果判定部300を用いて、選択したパターンによる再学習結果の中から適切な操作方法を決定し、制御装置200の操作信号生成部280へ出力し、再学習の動作を終了させるステップに進む。
In step 2180, the learning
以上の動作により、再学習では、現在の状態入力に対して予備学習結果を基に選択したパターンを用いることで、予備学習結果と同等の操作方法を短い時間で学習できる。 With the above operation, in re-learning, an operation method equivalent to the preliminary learning result can be learned in a short time by using a pattern selected based on the preliminary learning result for the current state input.
また、設定パラメータである最小状態入力誤差の閾値を、画面表示装置620を通じて入力することができる。
In addition, a threshold value of a minimum state input error that is a setting parameter can be input through the
次に、ステップ2160の再学習アルゴリズムの詳細な動作について、図12のフローチャート図を参照しながら詳細に説明する。 Next, the detailed operation of the relearning algorithm in step 2160 will be described in detail with reference to the flowchart of FIG.
図12に示したように、再学習アルゴリズムの動作のフローチャートは、ステップ2200、2210、2220、2230、2240、2250,2260,2270、2280、2290、及び2300を組み合わせて実行する。 As shown in FIG. 12, the flowchart of the operation of the re-learning algorithm is executed by combining steps 2200, 2210, 2220, 2230, 2240, 2250, 2260, 2270, 2280, 2290, and 2300.
以下にそれぞれのステップについて詳細に説明する。 Each step will be described in detail below.
ステップ2200では、ステップ2210〜2280の繰り返し回数を示す値である初期化回数Jを初期化(J=1に設定)する。 In step 2200, an initialization count J, which is a value indicating the number of repetitions of steps 2210 to 2280, is initialized (set to J = 1).
次に、ステップ2210では、状態入力を計測信号3より抽出される入力値に初期化する。
Next, in step 2210, the state input is initialized to an input value extracted from the
ステップ2220では、ステップ2230〜2270の繰り返し回数を示す値である操作回数Kを初期化(K=1に設定)する。 In step 2220, the number of operations K, which is a value indicating the number of repetitions of steps 2230 to 2270, is initialized (set to K = 1).
次にステップ2230では、使用するパターンに対応する学習部260の再学習手段265を用いて、パターン化されたモデル入力の操作量変化幅を導出する。
Next, in Step 2230, the re-learning means 265 of the
ステップ2240では、学習部260のパターン変換手段264を用いて、パターン化されたモデル入力の操作量変化幅を線形補間し、操作量変化幅を導出する。
In step 2240, the pattern conversion means 264 of the
ステップ2250では、学習部260のモデル入力生成手段261を用いて状態入力に操作量変化幅を加えてモデルを操作し、状態入力を更新する。
In step 2250, the model input is generated by using the model input generation means 261 of the
ステップ2260では、学習部260のパターン変換手段264を用いて、使用するパターンデータに従って状態入力をパターン化する。
In step 2260, the
ステップ2270では、モデル操作の結果得られたモデル出力を手掛かりとして、ニューラルネットワーク、及び強化学習に代表される種々の学習アルゴリズムを用いて、モデル操作方法を学習する。 In step 2270, a model operation method is learned using a neural network and various learning algorithms represented by reinforcement learning, using the model output obtained as a result of the model operation as a clue.
ステップ2280は分岐であり、操作回数Kと予め定められている閾値とを比較し、Kが閾値よりも小さい場合にはKを1加算した後にステップ2230に戻り、逆に閾値よりも大きい場合には分岐であるステップ2290に進む。 Step 2280 is a branch, and the number of operations K is compared with a predetermined threshold value. If K is smaller than the threshold value, 1 is added to K and then the process returns to Step 2230. Advances to step 2290 which is a branch.
ステップ2290では、初期化回数Jと予め定められている閾値とを比較し、Jが閾値よりも小さい場合にはJを1加算した後ステップ2210に戻り、逆に閾値よりも大きい場合にはステップ2300に進む。 In step 2290, the initialization count J is compared with a predetermined threshold value. If J is smaller than the threshold value, J is incremented by 1, and then the process returns to step 2210. Proceed to 2300.
ステップ2300では、学習した結果を制御装置200の学習情報データベース270に送信・保存し、再学習の動作を終了させるステップに進む。
In step 2300, the learning result is transmitted and stored in the learning
以上の動作によって、再学習ではパターン化した状態入力を用いて、現在の状態入力を初期値とする場合の操作方法を学習する。 With the above operation, in the re-learning, the operation method when the current state input is set as the initial value is learned using the patterned state input.
以上で、図4に示したステップ1010、1020、及び1040の詳細な動作の説明を終了する。 Above, description of the detailed operation | movement of step 1010, 1020, and 1040 shown in FIG. 4 is complete | finished.
次に、本発明の一実施例であるプラントの制御装置200を構成するデータ処理装置610から出力されるデータ処理装置出力信号64を表示する画像表示装置620に表示される画面について図13〜図21を用いて説明する。
Next, FIG. 13 to FIG. 13 show screens displayed on the
図13〜図20は、図1に示したプラントの制御装置200に付設された画像表示装置620に表示される画面の一例である。
FIGS. 13-20 is an example of the screen displayed on the
図13は初期画面の一例を示すものであり、図13の画面が画像表示装置620に表示されている状態で、マウス602を操作してカーソルをボタンに重ね、マウス602をクリックすることでボタンを選択(押す)ことができる。
FIG. 13 shows an example of the initial screen. When the screen of FIG. 13 is displayed on the
図13に示された「数値解析」のボタン701、「データベース参照」のボタン702、「パターン化・学習実行」のボタン703、「操作実行」のボタン704を選択すると、それぞれ図14、図15、図16、図17の画面が画面表示装置620に表示される。また、「終了」のボタン705を選択すると初期画面は終了する。
When the “numerical analysis”
図14では、「解析条件設定」のボタン711を選択することで、制御装置200の数値解析実行部220で計算を実行するために必要な各種解析条件を入力/設定することができる。
In FIG. 14, by selecting an “analysis condition setting”
また、「数値解析実行」のボタン712を選択すると、前記数値解析実行部220で計算を開始することができる。また、「戻る」のボタン713を選択すると、図13に戻る。
When the “numerical analysis execution”
図15では、画像表示装置620において、どのデータベースに保存されている情報を表示するかを選択することができる。
In FIG. 15, it is possible to select in which database the information stored in the
「計測信号データベース」のボタン721、「操作信号データベース」のボタン722、「数値解析データベース」のボタン723、「学習情報データベース」のボタン724、「制御ロジックデータベース」のボタン725、「パターンデータベース」のボタン726を選択することで、それぞれ制御装置200の計測信号データベース210、操作信号データベース250、数値解析データベース240、学習情報データベース270、制御ロジックデータベース290、パターンデータベース500にアクセスできる。
“Measurement signal database”
そして各データベースの情報を画像表示装置620に表示できると共に、データベースの情報を追加/変更/消去することもできる。また、「戻る」のボタン727を選択すると、図13に戻る。
Information on each database can be displayed on the
図16では、「予備学習」のボタン731を選択することで、図18に示す予備学習画面が画面表示装置620に表示される。
In FIG. 16, by selecting the “preliminary learning”
また、図16の「再学習」のボタン732を選択することで、図19に示す再学習画面が画像表示装置620に表示される。「戻る」のボタン733を選択すると、図13に戻る。
Also, by selecting the “relearn”
図17では、操作前のモデル入力741、モデル出力742、操作後のモデル入力743、モデル出力744、及び学習した操作量変化幅745をガイダンス表示し、プラント100の運転員はこのガイダンス表示に対して、操作を実行するかどうかを選択することができる。
In FIG. 17, the
操作を実行する場合には「はい」のボタン746を選択し、操作を実行しない場合は「いいえ」のボタン747を選択する。
If the operation is to be executed, the “Yes”
この図17に示した表示画面では、パターンと操作信号との関係を画面で確認してからプラントの操作ができることから、プラント操作の信頼性を向上させることができる。 In the display screen shown in FIG. 17, since the plant can be operated after the relationship between the pattern and the operation signal is confirmed on the screen, the reliability of the plant operation can be improved.
即ち図17に示されたプラント制御方法を詳細に説明すると、プラントを模擬したモデルを利用してプラントを制御する制御装置のプラント制御方法において、前記制御装置が図8に示したように、前記モデルへ入力する複数の操作信号をパターン化した状態入力パターンを記憶したパターンデーターベースを有し、図7に示したように、モデルへ入力する複数の操作信号とモデルからの出力とを記憶した学習情報データーベースを有し、操作後のモデル入力743及びモデル出力744として示したように、前記学習情報データーベースに記憶された複数の操作信号とモデルからの出力を表示装置へ出力し、学習した操作量変化幅745として示したように、前記モデルへ入力した複数の操作信号に基づいたプラントへの操作信号と前記パターンデーターベースに記憶された状態入力パターンとを重ねて表示装置へ出力し、操作を実行する場合に選択するボタン746として示したように、プラントへの操作実行の許可に基いて、前記プラントへの操作信号によりプラントを制御するように構成されている。
That is, the plant control method shown in FIG. 17 will be described in detail. In the plant control method of a control device that controls a plant using a model simulating a plant, the control device is configured as shown in FIG. It has a pattern database that stores a state input pattern obtained by patterning a plurality of operation signals input to the model, and stores a plurality of operation signals input to the model and outputs from the model as shown in FIG. As shown as a
前述の図18では、「学習開始」のボタン751を選択することで、図5に示すフローチャートに従って、学習部260の予備学習手段262、制御装置200のモデル230を動作させ、操作方法の予備学習を実行することができる。
In FIG. 18 described above, selecting the “learning start”
また、「パターン生成」のボタン752を選択することで、図20に示すパターン生成画面が画面表示装置620に表示される。
Further, by selecting the “pattern generation”
「戻る」のボタン753を選択すると、図16に戻る。
When the “return”
図19では、再学習時の設定値として、図11に示すフローチャートで用いる最小状態入力誤差閾値の設定値をデータ入力欄761に入力することができる。
In FIG. 19, the setting value of the minimum state input error threshold used in the flowchart shown in FIG. 11 can be input to the
上記データ入力欄761に設定値を入力後、「実行」のボタン762を選択すると、図11に示すフローチャートに従って制御装置200の学習部260、及びモデル230を動作させ、再学習を実行することができる。
When the “execute”
また、「戻る」のボタン763を選択すると、図16に戻る。
When the “return”
図20では、パターン生成時の設定値として、図9に示すフローチャートで用いるパターン化誤差閾値の設定値をデータ入力欄771、及びパターン入力次数閾値の設定値をデータ入力欄772にそれぞれ設定値を入力することができる。
In FIG. 20, as the setting value at the time of pattern generation, the setting value of the patterning error threshold used in the flowchart shown in FIG. 9 is set in the
上記データ入力欄771、772に設定値をそれぞれ入力後、「実行」のボタン773を選択すると、図6に示すフローチャートに従って制御装置200のパターン生成部400を動作させ、パターン生成を実行することができる。
When the “execute”
また、「戻る」のボタン774を選択すると、図18に戻る。
When the “return”
以上で、画像表示装置620に表示される画面についての説明を終了する。
Above, description about the screen displayed on the
以上の説明から明らかなように、本発明の実施例においては、図11及び図12にフローチャートを用いて詳細に示したように、プラントの制御装置の学習部に入力される状態入力を、モデル入力次数よりも少ない入力数でパターン化し、モデルの探索空間を縮小することで学習を高速化できる。 As is apparent from the above description, in the embodiment of the present invention, as shown in detail using the flowcharts in FIGS. 11 and 12, the state input input to the learning unit of the plant control device is a model. Learning can be speeded up by patterning with fewer inputs than the input order and reducing the model search space.
また、図5にフローチャートを用いて詳細に示したように、プラント運転開始前に予め入力次数を低減せずに学習した予備学習結果を用いてパターンを生成し、図11のフローチャートを用いて詳細に示したように、プラント運転開始後に現在の状態入力と予備学習結果に含まれる状態入力との類似度を比較し、類似度の高い状態入力より生成されたパターンを選択して操作方法を学習することで、常に所望の学習結果を獲得できる。 Further, as shown in detail using the flowchart in FIG. 5, a pattern is generated using a preliminary learning result that has been learned without reducing the input order in advance before the plant operation is started. As shown in Fig. 4, after the plant operation starts, the similarity between the current state input and the state input included in the preliminary learning result is compared, and the operation method is learned by selecting the pattern generated from the state input with a high degree of similarity. By doing so, a desired learning result can always be obtained.
また、図9にフローチャートを用いて詳細に示したように、パターンの入力次数及びパターン情報を、進化論的な探索アルゴリズムによって自動的に生成することで、人手を介さず、かつ誤ったパターン化を回避するパターン生成が可能となる。 Further, as shown in detail using the flowchart in FIG. 9, the pattern input order and pattern information are automatically generated by an evolutionary search algorithm, so that erroneous patterning can be performed without human intervention. It is possible to generate a pattern to avoid.
さらに、各データベースに保存される情報を画像表示装置によって参照する機能、及び学習部、パターン生成部で用いる設定パラメータを、図13乃至図20にかけて詳細に示したように、画像表示装置を介して入力する機能を備えさせたことにより、プラントの運転員がパターン化の様子、及びパターン化した学習による効果を視覚的に確認することができる。 Further, the function for referring to the information stored in each database by the image display device, and the setting parameters used by the learning unit and the pattern generation unit are shown through the image display device as shown in detail in FIGS. By providing the input function, the plant operator can visually confirm the patterning and the effect of the patterned learning.
次に、図1乃至図20に示した本発明の一実施例であるプラントの制御装置200を、ボイラを備えた火力発電プラント100に適用した場合について説明する。尚、火力発電プラント以外のプラントを制御する際にも、本発明の前記した実施例のプラントの制御装置200を使用することができることは言うまでもない。
Next, the case where the
図21は、ボイラを備えた火力発電プラントの概略構成を示す図である。まず、ボイラを備えた火力発電プラントにおけるプラントの仕組みについて説明する。 FIG. 21 is a diagram illustrating a schematic configuration of a thermal power plant including a boiler. First, the mechanism of a plant in a thermal power plant equipped with a boiler will be described.
図21に示した火力発電プラントを構成するボイラ101において、燃料となる石炭はミル110にて粉砕して微粉炭として石炭搬送用の1次空気、及び燃焼調整用の2次空気と共にボイラ101に設置したバーナー102を通じてボイラ101に投入し、ボイラ101の火炉内部で燃料の石炭を燃焼する。
In the
燃料の石炭と1次空気は配管134から、2次空気は配管141からバーナー102に導かれる。
The fuel coal and the primary air are led from the
また、2段燃焼用のアフタエアを、ボイラ101に設置したアフタエアポート103を通じてボイラ101に投入する。このアフタエアは、配管142からアフタエアポート103に導かれる。
Further, after-air for two-stage combustion is introduced into the
燃料の石炭をボイラ101の火炉の内部で燃焼させて発生した高温の燃焼ガスは、ボイラ101の火炉を矢印で示した経路に沿って下流側に流れ、ボイラ101に配置された熱交換器106を通過して熱交換した後、燃焼排ガスとなってボイラ101から排出されてボイラ101の外部に設置されたエアーヒーター104に流下する。
High-temperature combustion gas generated by burning fuel coal inside the furnace of the
エアーヒーター104を通過した燃焼排ガスはその後、図示していない排ガス処理装置で燃焼排ガスに含まれている有害物質を除去した後に、煙突をから大気に放出される。
The combustion exhaust gas that has passed through the
ボイラ101を循環する給水は、タービン108に設置された図示していない復水器から給水ポンプ105を介してボイラ101に導かれ、ボイラ101の火炉に設置した熱交換器106においてボイラ101の火炉の内部を流下する燃焼ガスによって加熱されて高温高圧の蒸気となる。
The feed water circulating in the
尚、本実施例では熱交換器106の数を1個として図示しているが、熱交換器を複数個配置してもよい。
In this embodiment, the number of
熱交換器106で発生した高温高圧の蒸気は、タービンガバナ弁107を介して蒸気タービン108に導かれ、蒸気の持つエネルギーによって蒸気タービン108を駆動し、この蒸気タービン108に連結した発電機109を回転させて発電する。
The high-temperature and high-pressure steam generated in the
次に、ボイラ101の火炉に設置されたバーナー102からボイラ101の火炉内に投入される1次空気及び2次空気、ボイラ101の火炉に設置されたアフタエアポート103からボイラ101の火炉内に投入されるアフタエアの経路について説明する。
Next, the primary air and the secondary air introduced into the
1次空気は、ファン120から配管130に導かれ、途中でエアーヒーター104の内部を通過する配管132とエアーヒーター104をバイパスする配管131とに分岐し、これらの配管132及び配管131を流下した1次空気は再び配管133にて合流してミル110に導かれる。
The primary air is guided from the
エアーヒーター104を通過する空気は、ボイラ101の火炉から排出される燃焼排ガスにより加熱される。
Air passing through the
この1次空気を用いてミル110で生成される石炭(微粉炭)を配管133を通じてバーナー102に搬送する。
The primary air is used to convey coal (pulverized coal) generated in the
2次空気及びアフタエアは、ファン121から配管140に導かれ、エアーヒーター104の内部を通過する配管140を流下して加熱された後に、配管140の下流側で2次空気用の配管141と、アフタエア用の配管142とに分岐して、それぞれボイラ101の火炉に設置されたバーナー102とアフタエアポート103に導かれるように構成されている。
The secondary air and the after air are led from the
本実施例であるボイラを備えた火力発電プラント100の制御装置200は、ボイラの排ガス中のNOxおよびCO濃度を低減するため、バーナー102からボイラ101に投入する空気量と、アフタエアポート103からボイラ101に投入する空気量を調整する機能を持っている。
The
火力発電プラント100には、該火力発電プラント100の運転状態を検出する様々な計測器が配置されており、これらの計測器から取得されたプラントの計測信号は、計測信号1として制御装置200に送信される
火力発電プラント100の運転状態を検出する様々な計測器として、例えば図2には流量計測器150、温度計測器151、圧力計測器152、発電出力計測器153、及びO2濃度及び/又はCO濃度を計測する濃度計測器154がそれぞれ図示されている。
The
流量計測器150は給水ポンプ105からボイラ101に供給される給水の流量を計測する。また、温度計測器151及び圧力計測器152は、ボイラ101に配設された熱交換器106において該ボイラ101を流下する燃焼ガスとの熱交換で発生した蒸気を蒸気タービン108に供給する蒸気の温度及び圧力をそれぞれ計測する。
The flow
前記熱交換器106で発生した蒸気で駆動される蒸気タービン108によって回転される発電機109によって発電された電力量は発電出力計測器153で計測する。
The amount of power generated by the
また、ボイラ101を流下する燃焼ガスに含まれている成分(CO、NOxなど)の濃度に関する情報は、ボイラ101の下流側であるボイラ出口の流路に設けたO2濃度及び/又はCO濃度を計測する濃度計測器154で計測される。
In addition, information on the concentration of components (CO, NOx, etc.) contained in the combustion gas flowing down the
尚、一般的には図2に図示した以外にも多数の計測器が火力発電プラント100に配置されているが、ここでは図示を省略する。
In general, many measuring instruments other than those shown in FIG. 2 are arranged in the
図22は、火力発電プラント100を構成するボイラ101の下流側に設置されたエアーヒーター104と、このエアーヒーター104に配設された配管を示す部分拡大図である。
FIG. 22 is a partially enlarged view showing an
図22に示すように、エアーヒーター104の内部に配設された配管140の下流側で分岐した2次空気用の配管141及びアフタエア用の配管142、エアーヒーター104の内部に配設された配管132、及びエアーヒーター104をバイパスした配管131にはエアダンパ162、163、161、160がそれぞれ配置されている。
As shown in FIG. 22, a
そしてこれらのエアダンパ160〜163を操作することによって配管131、132、141、142内で空気が通過する面積を変更し、これらの配管131、132、141、142を通過する空気流量を個別に調整する。
By operating these
そして火力発電プラント100を制御する制御装置200によって生成されて該火力発電プラント100に対して出力される操作信号15を用いて、給水ポンプ105、ミル110、エアダンパ160、161、162、163などの機器を操作する。
Then, using the
尚、本実施例である火力発電プラント100の制御装置200では、給水ポンプ105、ミル110、エアダンパ160、161、162、163などの火力発電プラントの状態量を調節する機器のことを操作端と呼び、これを操作するのに必要な指令信号を操作信号と呼ぶ。
In addition, in the
図23は、図21に示した本発明の実施例であるボイラを備えた火力発電プラント100の制御装置200における火力発電プラントの制御方法の手順を示すフローチャート図である。
FIG. 23 is a flowchart showing the procedure of the thermal power plant control method in the
図23において、本実施例であるボイラを備えた火力発電プラント100の制御装置200では、ステップ2181、及び2182を組み合わせて火力発電プラント100の制御を実行する。
23, in the
ステップ2181では、前記火力発電プラント100を制御する制御装置200の学習部260を構成する前記パターン選択手段263で選択した各パターンによる学習データを参照し、現在の状態入力に対する操作後のモデル出力変化幅であるCO、NOxの改善値の合計を比較し、改善値の合計が最大となるパターンを選択する。
In step 2181, the learning output by each pattern selected by the pattern selection means 263 constituting the
また、前記パターン選択手段263で選択したパターン数が1個の場合は、上記処理を実行せずにステップ2182へ進む。
If the number of patterns selected by the
ステップ2182では、パターン選択手段263で選択したパターンの学習データ12を制御装置200を構成する前記操作信号生成部280へ送信し、制御装置200を構成する前記学習結果判定部300の動作を終了させるステップに進む。
In step 2182, the learning
以上の動作によって、制御装置200では再学習の結果、CO、NOxの改善値が最も良くなる学習データを用いて操作信号を生成できる。
As a result of the above-described operation, the
図24は、本発明の実施例であるボイラを備えた火力発電プラント100の制御装置200において、画像表示装置620に表示される画面の一例を示したものであり、前記図17に示した画面の例に対応する画面である。
FIG. 24 shows an example of a screen displayed on the
図24に示した画面の例では、制御装置200を構成する前記モデル230に入力されるモデル入力7として用いるボイラ101のバーナー102の空気量、エアポート103の空気量、前記モデル230で制御対象の火力発電プラントを模擬演算して出力されるモデル出力8として用いるCO、NOx濃度の操作前及び操作後におけるガイダンス表示、並びにパターン変換手段264によるパターン化によって学習部265で学習した前記バーナー102、エアポート103の操作量変化幅を示しており、前記モデル入力7ではボイラ101の缶前及び缶後にそれぞれ設置したバーナー102/エアポート103の空気量の分布をボイラ構造図と関連付けて表示している。
In the example of the screen shown in FIG. 24, the air amount of the
尚、図24ではバーナー102、エアポート103をボイラ101の缶前及び缶後に共に1段ずつで、各段に5個の空気投入口が設けられているが、これらの数を任意に変更することもできる。
In FIG. 24, the
プラントの運転員は、図24に示された本画面を見ながら、パターン化された操作量変化幅、及び学習した操作方法による制御効果を確認し、操作の有無を決定することができる。 The operator of the plant can check the patterned operation amount change width and the control effect by the learned operation method while observing the screen shown in FIG. 24, and can determine the presence or absence of the operation.
また、図25にその概略を示すように、本発明の実施例であるボイラを備えた火力発電プラント100の制御装置200におけるパターン化の一例として、1)ボイラ101のバーナー102/エアポート103毎に操作端をグループ化、2)ボイラ101の缶前/缶後で操作端をグループ化、3)ボイラ101の全操作端をグループ化、のいずれかを用いてパターン化する例が考えられる。
Further, as schematically shown in FIG. 25, as an example of patterning in the
以上の説明から明らかなように、ボイラを備えた火力発電プラント100の運転員は、制御対象である火力発電プラントに備えられたボイラの操作端の種類、操作端数、燃焼特性等を考慮して、適切なパターン化手段を選択して火力発電プラントを制御することができる。
As is clear from the above description, the operator of the
本発明の実施例によれば、プラントの運転状態を計測した計測信号に基づいてモデルを修正し、この修正したモデルを用いて再度学習するようにした学習を高速に実行してプラントの制御アルゴリズムを修正し、プラントを精度良く制御するプラントの制御装置が実現できる。 According to the embodiment of the present invention, a model is corrected based on a measurement signal obtained by measuring the operating state of the plant, and learning that is learned again using the corrected model is executed at high speed to perform a plant control algorithm. And a plant control device that controls the plant with high accuracy can be realized.
本発明は、プラントの制御装置、特に火力発電プラントの制御装置に適用可能である。 The present invention is applicable to a plant control device, particularly a thermal power plant control device.
100:プラント、200:制御装置、201:外部入力インターフェイス、202:外部出力インターフェイス、210:計測信号データベース、220:数値解析実行部、230:モデル、240:数値解析データベース、250:操作信号データベース、260:学習部、270:学習情報データベース、280:操作信号生成部、290:制御ロジックデータベース、300:学習結果判定部、400:パターン生成部、500:パターンデータベース、600:外部入力装置、601:キーボード、602:マウス、610:データ処理装置、611:外部入力インターフェイス、612:データ送受信処理部、613:外部出力インターフェイス、620:画像表示装置。 100: Plant, 200: Controller, 201: External input interface, 202: External output interface, 210: Measurement signal database, 220: Numerical analysis execution unit, 230: Model, 240: Numerical analysis database, 250: Operation signal database, 260: learning unit, 270: learning information database, 280: operation signal generation unit, 290: control logic database, 300: learning result determination unit, 400: pattern generation unit, 500: pattern database, 600: external input device, 601: Keyboard: 602: Mouse, 610: Data processing device, 611: External input interface, 612: Data transmission / reception processing unit, 613: External output interface, 620: Image display device.
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